DE2141332A1

DE2141332A1 - MULTICELL BATTERY

Info

Publication number: DE2141332A1
Application number: DE2141332A
Authority: DE
Inventors: Everett Roy Cich; Robert Charles Ivey
Original assignee: ESB Inc
Current assignee: ESB Inc
Priority date: 1969-07-11
Filing date: 1971-08-18
Publication date: 1973-03-08
Also published as: DE2141332C3; DE2141332B2; NL7111352A; FR2149594A5; BE771361A; US3615867A

Description

Mehrzellen-Eatterie Die Erfindung betrifft Mehrzellen-Batterien, die aus einzelnen übereinandergesteckten und in Serie untereinander verbundenen Zellen zusammengesetzt ist und die in zahlreichen elektronischen Ausrüstungen oder Geräten verwendet werden können. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zusammenbauen derartiger Batterien. Multi-cell battery The invention relates to multi-cell batteries, those made up of individual ones stacked one on top of the other and connected to one another in series Is composed and used in numerous electronic equipments or cells Devices can be used. The invention also relates to a method for Assembling such batteries.

Bisher hat man die einzelnen Zellen im allgemeinen auf zwei verschiedenen Weisen miteinander verbunden, nämlich entweder mit einem einzigen Verbindungsstreifen oder mit Hilfe von schalenartigen oder tassenartigen Verbindungselementen.So far, the individual cells have generally been on two different ones Wise connected to each other, namely either with a single connecting strip or with the help of bowl-like or cup-like connecting elements.

Bei Verwendung von Verbindungsstreifen wird ein Stück eines Metallbandes an eine Elektrode einer ersten Zelle und die Elektrode entgegengesetzter Polarität einer zweiten Zelle, welche auf die erste Zelle aufgesetzt worden ist, angeschw oder angelötet. Bei Verwendung von schalenartigen oder tassenartigen Verbindungselementen wird eine Metallschale an eine Elektrode der ersten Zelle angeschweißt oder angelötet, woraufhin man die zweite Zelle in dieses tassenartige Element eindrückt und durch Punktschweißung an einer oder mehreren Stellen elektrisch mit demselben verbindet, so dß eine Serienschaltung zwischen den Zellen entsteht, Keine die ser Verbindungsarten ist Jedoch sehr befriedigend, weil hier durch nicht die zahlreichen Probleme überwunden wurden, die beim Zusammenstecken mehrerer übereinanderliegender elektrischer Zellen auftreten.When using connecting strips, a piece of metal tape is required to an electrode of a first cell and the electrode of opposite polarity a second cell, which has been placed on top of the first cell, swelled or soldered on. When using bowl-like or cup-like connecting elements a metal shell is welded or soldered to an electrode of the first cell, whereupon the second cell is pressed into this cup-like element and through Electrically connects spot welding at one or more points to the same, so that there is a series connection between the cells, none of these types of connection However, it is very satisfactory because it does not overcome numerous problems were the when putting together several superimposed electrical cells occur.

Bei Verwendung eines einzigen bandförmigen oder streifenförmigen Verbindungselementes besteht die Gefahr, daß sich die einzelnen Zellen gegeneinander bewegen und somit locker werden oder#daß der gesamte Stapel durch Stöße oder Vibrationen locker wird und auseinanderfällt. Auch besteht bei derartigen vielzelligen Stapeln die Gefahr, daß sich der Stapel ausbeult oder schrägstellt und überhängt, d. h. daß die einzelnen Zellen keine feste Lage gegenüber den anderen Zellen beibehalten. Wenn man schalenförmige Verbindungselemente zwischen den einzelnen Zellen vorsieht, befinden sich Lufttaschen in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Zellen, die dadurch entstehen, daß die Zellen nicht genau in die schalenförmigen Verbindungselemente eingepaßt sind. Wenn ein derartiger Zellenstapel umgoasen oder verzinkt oder in einem entsprechenden Kunststoff eingebettet wird, enthalten diese Lufttaschen Lufteinschlüsse, welche für das Gefüge der Batterie schädlich sind, wenn dieselbe hohen #dbeschleunigungskräften ausgesetzt wird. Das ist unerwünscht, weil derartige Batterien in Instrumenten Verwendung finden, welche derartigen Kräften ausgesetzt werden können.When using a single band-shaped or strip-shaped connecting element there is a risk that the individual cells will move against each other and thus become loose or # that the entire stack becomes loose due to impacts or vibrations and falls apart. With such multicellular stacks there is also the risk of that the stack bulges or tilts and overhangs, d. H. that the individual Cells do not maintain a fixed position in relation to the other cells. When you get cupped Providing connecting elements between the individual cells, there are air pockets in the spaces between the individual cells, which arise because the cells are not precisely fitted into the cup-shaped connecting elements. If such a cell stack is oased or galvanized or in a corresponding one Plastic is embedded, these air pockets contain air pockets, which are detrimental to the structure of the battery if the same high acceleration forces is exposed. This is undesirable because such batteries are used in instruments find what such forces can be exposed to.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend aufgeführten, bisher bei aus aufeinandergestapelten Zellen herw gestellten Batterien bestehenden Nachteile in einfacher und zweckmäßiger Weise zu überwinden.The object of the invention is to provide the above-mentioned, hitherto existing batteries made from stacked cells To overcome disadvantages in a simple and expedient manner.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung eine mehrzellige Batterie vorgeschlagen,bei der die einzelnen Zellen derart miteinander verbunden sind, daß sich eine Zelle nicht frei gegenüber einer anderen Zelle bewegen und die aus einem Zellenstapel bestehende Batterie als Ganzes sich nicht aus- -beulen oder schrägstellen und somit überhängen kann. Daher benötigt eine aus einzelnen Zellen zusa#tmengesteckte er#indungsgemäße Batterie keine besonderen Halter oder Gehäuse zum Halten dieser Batterie.To solve this problem, according to the invention, a multi-cell Proposed battery in which the individual cells are connected to one another in this way are that a cell does not move freely in relation to another cell and the A battery consisting of a cell stack does not bulge or bulge as a whole incline and thus overhang. Therefore needed one out Batteries in accordance with the requirements for the individual cells have no special holder or housing to hold this battery.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine aus einzelnen Zellen zusammengesteckte Batterie geschaffen, welche keine Lufttaschen enthält, in denen Luft eingeschlossen werden kann, wenn der Zellenstapel umgossen oder mit einem Kunststoff eingekapselt wird.Furthermore, according to the invention, a plugged together from individual cells Battery created which does not contain air pockets in which air is trapped can be if the cell stack is cast around or encapsulated with a plastic will.

Vielmehr wird gemäß der Erfindung eine Batterie geschaffen, bei der die einzelnen Zellen derart untereinander verbunden sind, daß eine gute elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Zellen besteht.Rather, according to the invention, a battery is created in which the individual cells are interconnected in such a way that a good electrical There is a connection between the individual cells.

Durch die Erfindung wird, genauer gesagt, eine Batterie vorgeschlagen, bei der die einzelnen Zellen mit einem Verbindungselement uatereinander verbunden werden7 welches einen flachen Abschnitt mit mehreren Ve#riängerungen aufweist, die über die Außenkante des flachen Abschnittes vorstehen. Der flache Abschnitt des Verbind\:rngselementes ist an eine Elektrode einer Zelle angeschweißt oder angelötet, und auf seiner Oberseite ist eine andereZelle angebracht.- Die Verlängerungen oder Ohren, die über den flachen Abschnitt des Verbindungselementes nach außen vorstehen, werden dann nach oben gebogen und an die aufgesetzte nächste Zelle angeschweißt oder angelötet, wodurch die unmittelbar aufeinandersitzenden Zellen fest und dauerhaft miteinander verbunden werden.More precisely, the invention proposes a battery, in which the individual cells are connected to one another with a connecting element be7 which has a flat section with several extensions that protrude beyond the outer edge of the flat section. The flat section of the The connecting element is welded or soldered to an electrode of a cell, and on its upper side another cell is attached. The extensions or Ears protruding outward beyond the flat portion of the connector, are then bent upwards and welded to the next cell on top or soldered on, which makes the cells that sit on top of each other firm and permanent be connected to each other.

Dementsprechend entsteht eine ausgezeichnete mechanische und elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Zellen, ohne daß irgendwelche freien Räume oder Abstände vorhanden bleiben,in denen sich Lufteinschlüsse befinden können, wenn die zusammengesetzte mehrteilige Batterie umgossen oder in Kunststoff eingekapselt wird.Accordingly, excellent mechanical and electrical results Connection between the individual cells without leaving any free spaces or Clearances remain in which air pockets can be when the assembled multi-part battery is cast around or encapsulated in plastic.

Durch die erfindungsgemäßen Verbindungselemente werden die aufeinandersitzenden Zellen nicht nur dauerhaft und mit gutem elektrischen Kontakt untereinander verbunden, sondern auch genau zueinander ausgerichtet, d. h. der Zellenstapel wirft sich nicht oder ist nicht in sich schief.Through the connecting elements according to the invention, the one on top of the other are Cells are not only permanently connected to one another with good electrical contact, but also precisely aligned with one another, d. H. the stack of cells does not throw itself or is not inherently crooked.

In der Zeichnung ist ein iusfäiirungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht eines erfindungsgemäß verwendeten flachen Verbindungselementes, Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht einer Zelle mit aufgesetztem Verbindungselement, auf die eine zweite Zelle aufgesetzt werden soll, und Fig. 3 eine schaubildliche Ansicht einer fertiggestellten, aus mehreren aufeinandergestapelten Zellen zusamaengesetsten batterie.An example of implementation of the invention is shown schematically in the drawing shown, namely Fig. 1 shows a perspective view of an inventive Flat connecting element used, Fig. 2 is a perspective view of a Cell with attached connecting element, onto which a second cell is attached and FIG. 3 is a perspective view of a completed one several cells stacked on top of each other.

Das in Fig. 1 dargestellte Verbindungselement 20 ist ein flacher ringförmiger Körper aus Metall und besitzt nach außen vorstehende Verlängerungen in Form von Zungen 21. Das Verbindungselement 20 besteht vorzugsweise aus kaltgewalztem Stahlblech, welches, falls erwünscht, mit Caffimium, Nickel, Gold, Chrom od. dgl. als Korrosionsschutz und/oder zum Verbessern des Aussehens des Verbindungselementes und der Batterie überzogen sein kann. Auch sollte das Metall des Verbindungselementes 20 mit dem Metall der einzelnen Zellen der Batterie verträglich sein, um Jegliche Korrosion wegen ungleichen Netalleffekten zu verringern oder zu verhindern.The connecting element 20 shown in Fig. 1 is a flat, annular one Body made of metal and has outwardly protruding extensions in the form of Tongues 21. The connecting element 20 is preferably made of cold-rolled sheet steel, which, if desired, with caffimium, nickel, gold, chromium or the like as corrosion protection and / or to improve the appearance of the connector and the battery can be overdone. The metal of the connecting element 20 should also be connected to the The metal of the individual cells of the battery must be compatible with any corrosion to reduce or prevent due to unequal netal effects.

In der Praxis wird der flache Teil des Verbindungselementes 20 zuerst an eine Elektrode einer Zelle angeschweißt oder angelötet. Daraufhin wird eine zweite Zelle auf die Oberseite des Verbindungselementes 20 aufgesetzt und man biegt die seitlich vorstehenden Zungen nach oben und schweißt oder lötet dieselben dann an die Elektrode eAtgegengesetster Polarität dieser zweiten Zelle an. Auf diese Weise wird eine mechanisch steife bzw. feste Verbindung zwischen den einzelnen Zellen erzeugt, welche auch eine gute elektrische Verbindung ist.In practice, the flat part of the connecting element 20 becomes first welded or soldered to an electrode of a cell. Then a second Cell placed on top of the connecting element 20 and you bend the laterally protruding tongues upwards and then welded or soldered the same the electrode of the opposite polarity of this second cell. In this way becomes a mechanically rigid or firm connection between the individual cells which is also a good electrical connection.

Das in Fig. 1 dargestellte Verbindungselement 20 besitzt eine kreisförmige zentrale Öffnung, jedoch kann das Verbindungselement auch aus vollem Material bestehen. Normalerweise verwendet man ein ringförmiges Verbindungselement 20, weil hierdurch der Schweißvorgang erleichtert wird, denn man kann durch die zentrale Öffnung eine der Schweißelektroden hindurchführen. Bei großen Zellen wird man jedoch unter Umständen ein volles Verbindungselement vorziehen, weil die Elektrode, an welche das Verbindungselement angeschweißt werden soll, groß genug ist, daß die Schweißelektrode, welche mit der Zellenelektrode in Kontakt kommen muß, diesen Kontakt an einer Stelle des Außenumfanges der Zellenelektrode herstellen kann. Andere Abwandlungen des Verbindungselementes sand ebenso möglich, beispielsweise indem man ein kleines Loch in den flachen Teil eines vollen Verbindungselementes einstanzt, um eine Stelle zu schaffen, an welcher die Schweißelektrode mit der Zellenelektrode in Kontakt kommen soll. Bei Jeder Art des Verbindungselementes wird jedoch eine positive mechanische und elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Zellen hergestellt.The connecting element 20 shown in Fig. 1 has a circular shape central opening, but the connecting element can also consist of solid material. An annular connecting element 20 is normally used because it allows the welding process is facilitated, because you can through the central opening a of the welding electrodes. With large cells, however, one may prefer a full connector because the electrode to which the connector is to be welded, is large enough that the welding electrode, which with the Cell electrode must come into contact, this contact at one point on the outer circumference the cell electrode can produce. Other modifications of the connecting element sand also possible, for example by making a small hole in the flat part of a full fastener to create a place where the welding electrode should come into contact with the cell electrode. With any kind however, the connecting element becomes a positive mechanical and electrical connection produced between the individual cells.

Obwohl man annehmen sollte, daß ein ringförmiges Verbindungselement 20 in seiner Mitte einen Raum schafft, in welchen Luft eingeschlossen werden kann, wurde gefunden, daß dies nicht sehr bedeutend ist, so daß festgehalten werden kann, daß sowohl ringförmige als auch volle Verbindungselemente der beschriebenen Art wesentliche Verbesserungen gegenüber den bekannten schalenartigen oder tassenartigen Verbindungselementen darstellen.Although one should assume that an annular connector 20 creates a space in its center in which Trapped air it has been found that this is not very important, so that is noted can be that both annular and solid fasteners of the described Kind of significant improvements over the known bowl-like or cup-like Represent connecting elements.

Fig. 2 zeigt, wie mit Hilfe eines Verbindungselementes 20 eine Zelle einer mehrzelligen Batterie mit einer weiteren Zelle verbunden werden kann. Das Verbindungselement 20 wurde an Punkten 22 mit der oben liegenden positiven Elektrode einer Zelle 23 durch Punktschweißung verbunden. Die Zungen 21 stehen dabei über den Außenumfang der Zelle 23 vor. Eine zweite Zelle 24 soll gemäß Fig. 2 gerade auf dem Verbindungselement 20 angebracht werden. Nachdem diese zweite Zelle in der gewünschten Weise auf das Verbindungselement aufgesetzt wurde, werden die Zungen 21 ~nach oben gebogen und an die negative Elektrode 25 der zweiten Zelle 24 angeschweißt, welche die Form eines zylindrischen Gehäuses besitzt. In der Praxis wird eine Vielzahl von flachen Zellen übereinander gestapelt und mit Hilfe von Verbindungselementen 20, die jeweils zwischen zwei Zellen liegen, in derselben Weise zu einer Batterie verbunden, wobei auf die Oberseite Jeder Zelle, mit Ausnahme der obersten Zelle des Stapels, ein Verbindungselement 20 aufgeschweißt oder aufgelötet wird. Dieser Zellenstapel wird dann in ein zylindrisches Rohr oder Gehäuse eingesteckt, welches drei senkrechte Schlitze aufweist, durch die die Zungen 21 der einzelnen Verbindungselemente hindurchragen. Dann drückt man gegen beide Enden dieses Zellenstapels und hält somit die einzelnen Zellen fest aneinander, woraufhin die einzelnen Zungen 21 hochgebogen werden, bis sie einen unmittelbaren Kontakt mit der Außenseite der tassenartigen oder hohlzylinderartigen Elektrode der daruberliegenden Zelle erhalten. Dann werden die so hochgebogenen Zungen mit den entsprechenden Elektroden der nächsten Zelle verschweißt oder verlötet, um die gewünschte Verbindung der einzelnen Zellen herzustellen. Danach kann die so aus ein zelnen aufeinandergestapelten Zellen bestehende Batterie aus dem rohrförmigen Gehäuse entfernt werden, und mm hat eine einzige kompakte und feste Batterie. In Abhängigkeit von der Höhe des zylinderförmigen oder rohrfö:mige:a Gehäuses kann man aus verschiedenen Mengen einzelner Zellen unterschiedlich hohe bzw lange Batterien zusammenschweißen, ohne daß sich dieselben werfen oder seitlich verbiegen.Fig. 2 shows how with the help of a connecting element 20 a cell a multi-cell battery can be connected to another cell. That Connector 20 was at points 22 with the positive electrode on top a cell 23 connected by spot welding. The tongues 21 protrude the outer circumference of the cell 23 before. According to FIG. 2, a second cell 24 should be straight be attached to the connecting element 20. After that second cell in the was placed on the connecting element in the desired manner, the tongues 21 ~ bent upwards and welded to the negative electrode 25 of the second cell 24, which has the shape of a cylindrical housing. In practice there will be a multitude of flat cells stacked on top of each other and with the help of fasteners 20, each between two cells, to a battery in the same way connected, being on top of each cell, except the topmost cell of the stack, a connecting element 20 is welded or soldered on. This Cell stack is then inserted into a cylindrical tube or housing, which has three vertical slots through which the tongues 21 of the individual connecting elements protrude through. Then you press against both ends of this stack of cells and thus hold the individual cells tightly together, whereupon the individual tongues 21 are bent up until they make direct contact with the outside of the cup-like or hollow cylinder-like electrode of the overlying cell obtained. Then will the tongues bent up in this way with the corresponding electrodes of the next cell welded or soldered to create the desired connection between the individual cells. Thereafter the battery, which consists of individual cells stacked on top of one another, can be used the tubular housing can be removed, and mm has a single compact and solid Battery. Depending on the height of the cylindrical or tubular: a housing can be obtained from different amounts of individual cells of different lengths or lengths Weld batteries together without throwing them or bending them sideways.

Fig. 3 zeigt eine aus einem mehrzelligen Stapel bestehende Batterie 26, die unter Yenfendung eines Verbindungselementes 20 so zusammengebaut worden ist, wie in Verbindung mit, Fig. 2 beschrieben wurde. Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß die als Verbinder 27 dienenden Zungen hochgebogen und an die- Außenwand der jeweils folgenden Zelle angeschweißt oder angelötet worden sind. Diese Verbindung wurde durch Pnittschweißung erzeugt, wobei ein ßchwei#punkt 28 zu erkennen ist, der eine Verbindung mit einer tassenförmigen negativen Elektrode 29 an der obersten Zelle herstellt. Alle Zungen sind in ähnlicher Weise durch Punktschweii3ung mit der jeweiligen nächsten Zelle verbunden, wie die Zeichnung#andeutet. Diese Säule oder dieser Stapel aus einzelnen Zellen kann sich nicht werfen oder verbiegen, und jede einzelneZelle wird fest und dauerhaft an der jeweils anderen Zelle gehalten. Hierdurch wird die vorgeschlagene mehrzellige Batterie besonders geeignet für elektronische Geräte oder Ausrüstungen, die Eräften unterworfen werden, bei denen sich Teile wie die Zellen einer Batterie voneinander lösen können.Fig. 3 shows a battery consisting of a multi-cell stack 26, which have been assembled using a connecting element 20 is as described in connection with FIG. From Fig. 3 it can be seen that the tongues serving as a connector 27 are bent up and attached to the outer wall of the the following cells have been welded or soldered on. This connection was created by cutting welding, whereby a weld point 28 can be seen, the one connection with a cup-shaped negative electrode 29 at the top Cell manufactures. All tongues are in a similar way by point welding with connected to the respective next cell, as the drawing # indicates. This pillar or this stack of individual cells cannot warp or bend, and each individual cell is held firmly and permanently to the other cell. This makes the proposed multi-cell battery particularly suitable for electronic Apparatus or equipment that is subjected to force in which parts such as the cells of a battery can separate from each other.

Es ist üblich, eine aus mehreren Zellen hergestellte Batte rie der in Fig. 3 dargestellten Art einzugießen oder in einem Kunst stoff einzukapseln. Wenn dies bei einer Batterie gemäß Fig. 3 geschieht, bilden sich keine Lufttaschen im Kunststoff was Jedoch häufig der Fall ist, wenn schalenartige oder tassenartige Verbindungselemente zwischen den einzelnen Zellen einer mehrzelligen Batterie verwendet werden. Dies ist ein weiterer wichtiger Vorteil der Verwendung der erfindungsgemaßen Verbindungselemente zum Herstellen einer Mebrzellen-Batterie.It is common to use a battery made up of several cells Pour in the type shown in Fig. 3 or encapsulate in a plastic. When this happens with a battery according to FIG. 3, no air pockets are formed in plastic, which is often the case, however, when bowl-like or cup-like Fasteners can be used between the individual cells of a multi-cell battery. this is another important advantage of using the connecting elements according to the invention for making a membrane battery.

Es sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung ohne weiteres auch Änderungen gegenüber dem zeichnerisch dargestellten Ausfübrungsbeispiel möglich. Beispielsweise kann die Anzahl der am Verbindungselement vorgesehenen Zungen verändert werden. Obwohl vorzugsweise drei Zungen vorgesehen sind, ist es auch möglich, zwei oder vier Zungen oder auch jede beliebige andere Anzahl von Zungen, soweit dies sinnvoll erscheint, vorzusehen.There are also changes within the scope of the present invention possible compared to the exemplary embodiment shown in the drawing. For example the number of tongues provided on the connecting element can be changed. Although three tongues are preferably provided, it is also possible to have two or four tongues or any other number of tongues, as far as this makes sense appears to be provided.

PatentansPrüche:Patent claims:

Claims

Patent claims: Multi-cell battery consisting of at least two stacked and connected to each other with the help of a conductive connecting element Cells is composed, that is, that each Connecting element (20) has a flat central part which connects to an electrode a first cell (23) is welded or soldered on and the two or more over its outer edge has protruding tongues (21), which after placing a second cell (24) bent up and at the electrode of opposite polarity this second cell can be welded or soldered on, creating the second cell aligned and held against the first cell with good electrical contact.

2.) Battery according to claim 1, characterized in that the flat Section of the connecting element (20) has a central opening, so that a Weld contact or solder contact through this opening in contact with the electrode the first cell (23) can come, whereby the welding or soldering of the connecting element (20) at this electrode of the first cell is facilitated.

3.) Method of assembling one of at least two using a conductive connecting element interconnected cells existing electric multi-cell battery using a connecting element according to FIG Claim 1 or 2 ,, characterized in that this connecting element in flatter Form attaches to a cell and welds there or soldered on and then a second cell is placed on this connection element, which laterally protruding tongues bends up and against the cup-like outer electrode the second cell lays and fixed there by spot welding, whereupon depending on If further cells are required, they can be attached in the same way.

4.) The method according to claim 3, characterized in that for welding or soldering the connecting elements to the electrode of a cell by welding or Solder contact plugged through an opening of the attached connecting element and in contact with the electrode to which the connector is to be attached, brought iriid,